一种发电机转子电压测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种发电机转子电压测量系统，包括：分压器、高压侧低通滤波放大器、积分增量调制器、隔离传输装置和串行位流接收转换器；分压器采集发电机转子的电压信号，并将电压信号传输至高压低通滤波放大器；高压低通滤波放大器将电压信号进行处理，衰减电流信号的谐波分量，放大电流信号的有用信号，并将放大后的有用信号传输至积分增量调制器；积分增量调制器将放大后的有用信号的电压幅值转换为串行位流，并将串行位流传输至隔离传输装置；隔离传输装置根据串行位流输出电脉冲，并将电脉冲传输至串行位流接收转换器；串行位流接收转换器将电脉冲信号经过低通滤波处理，滤除高频信号，并将低频信号转换为电信号，电信号为转子电压信号。
【专利说明】
一种发电机转子电压测量系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及发电机转子技术领域，特别涉及一种发电机转子电压测量系统。
【背景技术】
[0002]目前，针对发电机转子电压，一般采用高压电缆直接传输的方式或者采用直流变送器将其变换后再经电缆传输。由于监控设备距离发电机都有较远的距离，而发电机转子上有上千伏的高压，采用高压金属电缆传输的方式，存在安全隐患，并且发电机转子的一些励磁参数也并非单纯的直流量，而是在直流量上叠加了一些脉动信号;此外，在各种励磁参数特性测试试验中，也存在暂态过程。这种情况下，由于普通的直流变送器耐高压性能差(耐压小于1000V)，暂态特性差(响应时间大于300ms)，在要求较高的场合，无法安全、准确地反映发电机转子励磁参数的变化。
【实用新型内容】
[0003]为解决现有技术的问题，本实用新型提出一种发电机转子电压测量系统，避免了高压测量所带来的安全隐患。
[0004]为实现上述目的，本实用新型提供了一种发电机转子电压测量系统，包括:
[0005]分压器、高压侧低通滤波放大器、积分增量调制器、隔离传输装置和串行位流接收转换器;其中，
[0006]所述分压器与所述高压侧低通滤波放大器的一端相连，所述高压侧低通滤波放大器的另一端与所述积分增量调制器的一端相连，所述积分增量调制器的另一端与所述隔离传输装置的一端相连，所述隔离传输装置的另一端与所述串行位流接收转换器相连；
[0007]所述分压器，用于采集发电机转子的电压信号，并将所述电压信号传输至所述高压侧低通滤波放大器；
[0008]所述高压侧低通滤波放大器，用于将所述电压信号进行处理，衰减电流信号的谐波分量，放大电流信号的有用信号，并将放大后的有用信号传输至所述积分增量调制器；
[0009]所述积分增量调制器，用于将放大后的有用信号的电压幅值转换为串行位流，并将所述串行位流传输至所述隔离传输装置;其中，所述串行位流中的高电平密度根据输入积分增量调制器的信号电压幅值确定；
[0010]所述隔离传输装置，用于根据所述串行位流输出电脉冲，并将所述电脉冲传输至所述串行位流接收转换器;其中，所述电脉冲的波形与所述串行位流的波形一样；
[0011]所述串行位流接收转换器，用于将所述电脉冲信号经过低通滤波处理，滤除高频信号，并将低频信号转换为电信号，所述电信号为转子电压信号。
[0012]优选地，还包括:隔离电源;所述隔离电源同时与所述高压侧低通滤波放大器、所述积分增量调制器相连;其中，
[0013]所述隔离电源，用于给所述高压侧低通滤波放大器、所述积分增量调制器提供工作电压。
[0014]上述技术方案具有如下有益效果:本技术方案可以安全测量发电机转子电压，经隔离的测量信号可以无损的传输至远端，系统抗高压，抗干扰能力强。用于发电机转子电压的监测，可评估励磁系统的动态性能，提升电力系统稳定性水平。
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本实用新型提出的一种发电机转子电压测量系统框图之一；
[0017]图2为本实用新型提出的一种发电机转子电压测量系统框图之二；
[0018]图3为分压器电路原理图；
[0019]图4为高压侧低通滤波器电路原理图；
[0020]图5为积分增量调制器电路原理图；
[0021 ]图6为串行位流位接收转换器电路原理图；
[0022]图7为积分增量调制器工作原理波形示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0024]如图1所示，为本实用新型提出的一种发电机转子电压测量系统框图之一。包括:
[0025]分压器101、高压侧低通滤波放大器102、积分增量调制器103、隔离传输装置104和串行位流接收转换器105;其中，
[0026]所述分压器101与所述高压侧低通滤波放大器102的一端相连，所述高压侧低通滤波放大器102的另一端与所述积分增量调制器103的一端相连，所述积分增量调制器103的另一端与所述隔离传输装置104的一端相连，所述隔离传输装置104的另一端与所述串行位流接收转换器105相连；
[0027]所述分压器101，用于采集发电机转子的电压信号，并将所述电压信号传输至所述高压侧低通滤波放大器102;
[0028]所述高压侧低通滤波放大器102，用于将所述电压信号进行处理，衰减电流信号的谐波分量，放大电流信号的有用信号，并将放大后的有用信号传输至所述积分增量调制器103；
[0029]所述积分增量调制器103，用于将放大后的有用信号的电压幅值转换为串行位流，并将所述串行位流传输至所述隔离传输装置104;其中，所述串行位流中的高电平密度根据输入积分增量调制器的信号电压幅值确定；
[0030]所述隔离传输装置104，用于根据所述串行位流输出电脉冲，并将所述电脉冲传输至所述串行位流接收转换器105;其中，所述电脉冲的波形与所述串行位流的波形一样；
[0031]所述串行位流接收转换器105，用于将所述电脉冲信号经过低通滤波处理，滤除高频信号，并将低频信号转换为电信号，所述电信号为转子电压信号。
[0032]如图2所示，为本实用新型提出的一种发电机转子电压测量系统框图之二。在图1的还包括:隔离电源106;所述隔离电源106同时与所述高压侧低通滤波放大器102、所述积分增量调制器103相连;其中，
[0033]所述隔离电源106，用于给所述高压侧低通滤波放大器102、所述积分增量调制器103提供工作电压。
[0034]分压器由多个电阻串联组成，电阻个数应足够多，以保证每个电阻上的分压不超过其绝缘强度。分压器的输出电压应控制在积分增量调制器允许的输入电压范围内。如图3所示，为分压器电路原理图。其由串接于发电机转子正端和负端之间的Rl?R6电阻组成，R6电阻的两端接高压侧低通滤波器。分压器的分压比(Rl?R6电阻阻值之和和R6电阻阻值之比)可根据要获得的分压情况进行设置或改变，例如可设为1600:1。本实用新型的一个实施例中，电阻Rl?R5的阻值均为319.8kQ，低压臂电阻R2的阻值为Ik Ω，分压比k=(Rl+R2+R3+R4+R5+R6) /R6 = 1600，电阻精度为0.1%,每个电阻的耐压值均大于300V。
[0035]如图4所示，为高压侧低通滤波器电路原理图。高压侧低通滤波放大器采用运放为核心的有源滤波器，电路结构为二阶巴特沃斯低通滤波器，设计合适的电路参数可得到符合要求的频率响应。对于本实施来说，高压侧低通滤波放大器结构和参数如下:电阻采用1%精度的金属膜电阻，电容采用10%精度的聚丙乙烯薄膜电容，运算放大器采用ADI公司0P-27E。其中，电阻R7、R8均取值5千欧姆。电容C1、C2均取值10η。
[0036]如图5所示，为积分增量调制器电路原理图。积分增量调制器是整个系统的核心，它把输入的模拟电压转换为对应的一段时间内数字“I”的数量，即积分增量调制器输出串行位流(由O和I两种电平组成)中“I”的密度代表了输入模拟电压的幅值。积分增量调制器由一个比较器、一个基准电压源、一个开关以及一个或以上的积分器与模拟求和电路组成。结构原理图如下，直观而言，积分增量调制器的工作方式如下:假定在Vin处施加直流输入。积分器在节点A处持续斜升或斜降。比较器的输出通过一个I位DAC反馈至节点B处的求和输入。比较器输出通过I位DAC的回到求和点的负反馈环路强制将节点B处的平均直流电压设为Vin。这表不平均DAC输出电压必须等于输入电压Vin。平均DAC输出电压由比较器输出的I位数据流中的I的密度来控制。随着输入信号增加到+VREF，串行位流中的"Γ数量增加，而"0〃数量则减少。类似地，随着信号负向趋近-VREF，串行位流中的〃1〃数量减少，而"O"数量则增加。从非常简单的角度来看，输入电压的平均值包含在比较器输出的串行位流中。
[0037]对于本实施例来说，积分增量调制器采用ADI公司的AD7401A1，它是一款二阶积分增量调制器，片上的数字隔离采用ADI公司的iCoupler技术，能将模拟输入信号转换为高速I位数据流。AD7401A采用5V电源供电，可输入±200mV的差分信号(满量程±320mV)。模拟调制器对模拟输入信号连续采样，因而无需外部采样保持电路。输入信息以数据流密度的形式包含在输出数据流内，该数据流的最高数据速率可到20Mhz。通过适当的滤波器可重构原始信息。
[0038]积分增量调制器的工作原理为:在理想状态下，OV输入电压信号可以使调制器输出高电平“I”、低电平“O”状态的时间相等，即信号处于高电平状态的时间占50% ^OOmV输入电压信号可使调制器生成由0、1组成的数据流，信号处于高电平状态的时间占81.25%;对+250mV输入来说，输出流为高的时间占89.06 % ; _200mV差分输入也可生成由O、I组成的数据流;信号处于高电平状态的时间占18.75 % ;对_250mV输入来说，输出流为高的时间占10.94%。+320mV输入电压，调制器输出全“I” ； _320mV输入电压，调制器输出全“O”。如图7所示，为积分增量调制器工作原理波形示意图。
[0039]隔离传输装置用于接收、隔离并传输积分增量调制器输出串行位流，针对不同的传输距离和隔离电压要求，可选择多种方案。如果需要传输到远端，可采用光收发系统，即首先电光转换，将电信号的串行位流转换为对应的光脉冲，通过光纤传输到远端，光纤同时实现了高等级的隔离电压要求，在远端光电转换，将光脉冲转换为对应的电信号的串行位流。如果不需要传输到远方，可采用芯片级的隔离方式，可采用光耦芯片，磁耦合芯片和电容耦合芯片等方式。对于本实施例来说，隔离传输装置采用光纤传输方式，由电光转换器、光纤、光电转换器组成。其中电光转换器采用的是Agilent(安捷伦)公司的HFBR1416T。光纤采用的普通通信用光纤芯径为125/62.5μπι的多模铠装光缆。光电转换器采用的是Agilent公司的HFBR2416。
[0040]如图6所示，为串行位流位接收转换器电路原理图。串行位流位接收转换器用于将接收到的串行位流信号转换为电信号并输出该电信号。为了重构模拟电压信号，串行数据流之后应连接低通滤波器，即为串行位流位接收转换器。为了更好地衰减噪声，使用一个四阶切比雪夫滤波器。当滤波器阶数相同时，相比于其它滤波器响应(巴特沃兹、贝塞尔等)，切比雪夫响应提供最为陡峭的滚降，由两个采用Sallen-Key结构的二阶滤波器组成。对于本实施例来说，串行位流位接收转换器的参数为:电阻采用I %精度的金属膜电阻，电容采用5%精度的聚丙乙烯薄膜电容，运算放大器采用ADI公司AD8464。其中，电阻Rll、R12均取值24千欧姆，R13、R16均取值22欧姆，电阻R14、R15均取值51千欧姆。电容C3取值为6.8pF，电容C4、C6均取值100pF，电容C5取值8.2pF。
[0041 ] 对于本实施例来说，隔离电源采用C&D Technologies公司的匪S1205隔离输出DC-DC转换器。
[0042]本实用新型提出的发电机转子电流测量系统，与现有技术比较，有如下优点:
[0043](I)本实用新型中，将积分增量调制技术用于发电机转子电压信号的测量，由于此调制方法具有耐高压隔离，设计简易、抗干扰能力的特点，所以本实用新型具有好的耐高压特性和抗干扰能力。
[0044](2)本实用新型装置可以实现光的形式进行远距离的信号传递，具有优良的抗电磁干扰特性，传输过程中不易受电磁干扰的影响。
[0045]以上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种发电机转子电压测量系统，其特征在于，包括: 分压器、高压侧低通滤波放大器、积分增量调制器、隔离传输装置和串行位流接收转换器;其中， 所述分压器与所述高压侧低通滤波放大器的一端相连，所述高压侧低通滤波放大器的另一端与所述积分增量调制器的一端相连，所述积分增量调制器的另一端与所述隔离传输装置的一端相连，所述隔离传输装置的另一端与所述串行位流接收转换器相连； 所述分压器，用于采集发电机转子的电压信号，并将所述电压信号传输至所述高压侧低通滤波放大器； 所述高压侧低通滤波放大器，用于将所述电压信号进行处理，衰减电流信号的谐波分量，放大电流信号的有用信号，并将放大后的有用信号传输至所述积分增量调制器； 所述积分增量调制器，用于将放大后的有用信号的电压幅值转换为串行位流，并将所述串行位流传输至所述隔离传输装置;其中，所述串行位流中的高电平密度由根据输入积分增量调制器的信号电压幅值确定； 所述隔离传输装置，用于根据所述串行位流输出电脉冲，并将所述电脉冲传输至所述串行位流接收转换器;其中，所述电脉冲的波形与所述串行位流的波形一样； 所述串行位流接收转换器，用于将所述电脉冲信号经过低通滤波处理，滤除高频信号，并将低频信号转换为电信号，所述电信号为转子电压信号。2.如权利要求1所述的发电机转子电压测量系统，其特征在于，还包括:隔离电源;所述隔离电源同时与所述高压侧低通滤波放大器、所述积分增量调制器相连;其中， 所述隔离电源，用于给所述高压侧低通滤波放大器、所述积分增量调制器提供工作电压。
【文档编号】G01R15/22GK205506901SQ201620249443
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】姚谦, 吴涛, 谢欢, 苏为民, 李善颖, 曹天植, 赵炎, 付宏伟
【申请人】华北电力科学研究院有限责任公司, 国家电网公司